HTTPS原理

HTTP和HTTPS主要区别

HTTPS概念

HTTPS （全称：Hypertext Transfer Protocol Secure [5]），是以安全为目标的 HTTP 通道，在HTTP的基础上通过传输加密和身份认证保证了传输过程的安全性 [1]。HTTPS 在HTTP 的基础下加入SSL，HTTPS 的安全基础是 SSL，因此加密的详细内容就需要 SSL。 HTTPS 存在不同于 HTTP 的默认端口及一个加密/身份验证层（在 HTTP与 TCP 之间）。这个系统提供了身份验证与加密通讯方法。它被广泛用于万维网上安全敏感的通讯，例如交易支付等方面。

区别

• 加密：HTTPS在HTTP的基础上加入了SSL/TLS协议，提供了加密传输和身份认证的功能，使得数据在传输过程中更加安全，防止数据被窃取、修改或伪造。

• 端口号：HTTP使用端口号80，而HTTPS使用端口号443。

• 证书认证：当Web浏览器通过HTTPS连接到Web服务器时，服务器会向浏览器发送数字证书，该证书包含特定于服务器的信息，包括服务器的公钥。浏览器随后使用此证书与服务器建立安全连接。

• 费用：HTTPS协议通常需要到CA（证书颁发机构）申请证书，而免费的证书很少，因此可能需要支付一定的费用。

• 连接方式：HTTP的连接方式简单，是无状态的；而HTTPS的连接方式更为复杂，提供了身份验证和加密通讯。

TCP三次握手

参考：TCP三次握手、四次挥手

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HTTPS工作流程

HTTPS的工作流程大致如下：

1. 客户端发起HTTPS请求。当用户在浏览器中输入一个HTTPS的URL并按下回车键时，浏览器会向服务器发起一个HTTPS连接的请求，这个请求包括了用户的IP地址、请求的页面等信息。
2. 服务器端配置证书。服务器在接收到请求后，会返回一个证书，这个证书包含了公钥以及由CA(Certificate Authority,证书认证机构)对服务器身份的签名。
3. 客户端验证证书。客户端在接收到证书后，会首先检查证书是否过期，然后根据证书中的公钥信息，生成一个随机的对称密钥，并用证书中的公钥对这个对称密钥进行加密，然后将加密后的对称密钥发送给服务器。
4. 客户端生成随机密钥。客户端生成一个随机的会话密钥，密钥长度达到128位。
5. 客户端使用服务器的公钥加密会话密钥。客户端用服务器的公钥加密该会话密钥，产生加密会话密钥。
6. 服务器使用私钥解密会话密钥。服务器在接收到加密的对称密钥后，会用自己的私钥对其进行解密，得到对称密钥。
7. 客户端与服务器加密通信。服务器和浏览器之间的通信就会通过这个对称密钥进行加密和解密，这样，即使数据在传输过程中被截获，攻击者也无法获取到实际的数据内容。

一旦浏览器和服务器完成了上述的握手过程，两者就建立了一个安全的通信通道，可以进行数据的加密传输，在此之后的所有通信都会通过这个通道进行，直到用户关闭浏览器或者离开当前的网页。

HTTPS混合加密流程

1. Client发起请求（端口443）
2. Server返回公钥证书（Server中有公钥和私钥，只发送公钥给Client）
3. Client验证证书
4. Client生成对称密钥，用公钥加密后发给Server
5. Server使用私钥解密，得到对称密钥
6. C/S双方使用对称密钥：
7. 加密明文并发送
8. 解密密文得到明文

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HTTPS握手过程---TLS1.2

引自：浅析 TLS1.2协议的握手流程

主流程

理解了一些基本概念之后，下面我们将在浏览器访问某些 HTTPS 域名，抓包分析 TLS 的工作流程。

1. TCP 三次握手：TLS 是应用层协议，使用传输层的 TCP 进行通信，通信双方在进行 TLS 握手前，需要先进行 TCP 三次握手建立链接。
2. TLS 握手：通信双方通过 ECDHE 算法交换密钥，协商出一个共享的会话密钥，对传输的数据进行加密和解密。
3. 对称加密通信：因为非对称协商加密性能损耗大，所以通信双方需要通过 TLS 握手协商出对称密钥，使用该密钥进行加密通信，既安全又高效。

TLS 握手过程

TLS 握手原理是双方互换信息，协商出共享的 会话密钥。

客户端随机数 + 服务端随机数 + 预主密钥 = 主密钥 ==> 会话密钥

TLS 握手协议（Wireshark 抓包）

握手阶段

1. 协议：Client Hello，客户端发送它支持的 TLS 版本，加密套件列表，客户端随机数给服务端。

2. 协议：Server Hello，服务端发送它选择的 TLS 版本，加密套件，服务端随机数给客户端。

3. 协议：Certificate，服务端发送 CA 证书（公钥 + 证书持有者等信息）给客户端。

4. 协议：Server Key Exchange。

• 服务端生成椭圆曲线私钥> 生成椭圆曲线公钥> 服务端的 RSA 私钥实现椭圆曲线公钥签名。
• 服务端发送：椭圆曲线算法信息，（服务端的）椭圆曲线公钥，（服务端的）椭圆曲线公钥签名给客户端。

5. 协议：Server Hello Done。服务端发送确认给客户端，已完成 Hello 阶段流程。

6. 协议：Client Key Exchange。客户端生成椭圆曲线公钥，并将其发送给服务端。
   • 客户端接收到证书后，通过本地系统的 证书链 验证该证书是否合法。
   • 客户端通过证书公钥解签（服务端的）椭圆曲线公钥，确认该数据的完整性和安全性。
   • 客户端生成椭圆曲线私钥==> 生成椭圆曲线公钥。
   • 客户端使用服务端的 RSA 公钥加密客户端的椭圆曲线公钥，并将其发送给服务端。

7. 协议：Change Cipher Spec。客户端通知服务端，确认握手过程中的加密算法和密钥已经生效，表示之后的消息都将使用新的密钥。

   • （客户端的）椭圆曲线私钥和（服务端的）椭圆曲线公钥通过点运算计算出新的点 (x，y)，取 x 作为预主密钥。

   • 客户端随机数 + 服务端随机数 + 预主密钥 =主密钥==>会话密钥。

   • 客户端的会话密钥已协商出来，客户端发送确认给服务端。

8. 协议：Encrypted Handshake Message。客户端将之前的握手数据（发送和接收）做一个摘要，再用会话密钥（对称密钥）加密摘要数据，将密文发送给服务端。作用：

   • 服务端解密密文以此验证双方协商出来的密钥是否一致。

   • 服务端还可以验证确认握手数据的安全性和完整性，保证不被中间人篡改。

9. 协议：New Session Ticket。服务器发送该消息给客户端，包含一个新的会话票据，用于快速恢复会话，避免重复握手。

10. 协议：Change Cipher Spec。服务端接收到客户端生成的椭圆曲线公钥，也协商出共享的会话秘钥，并通知客户端表示之后的消息都将使用新的密钥。

    • （服务端的）椭圆曲线私钥和（客户端的）椭圆曲线公钥通过点运算计算出新的点 (x，y)，取 x 作为预主密钥。

    • 客户端随机数 + 服务端随机数 + 预主密钥 = 主密钥 ==>会话密钥。

    • 服务端的会话密钥已协商出来，服务端发送确认给客户端。

11. 协议：Encrypted Handshake Message。服务端将之前的握手数据（发送和接收）做一个摘要，再用会话密钥（对称密钥）加密摘要数据，将密文发送给客户端，确认握手过程的完成。